ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية

شرح الارتباط والعبور

ارتباط الجينات وتعدد المجموعات الكروموسومية

ارسم خريطة كروموسومات للجينات

ارتباط الجينات والعبور

ارتباط الجينات وعملية العبور

الخريطة الجينية ونتائج اكتشافها

الخريطة الجينية

الارتباط التام                                             

يعتبر الارتباط تاماً عندما تكون الجينات متقاربة جداً وتنتقل معاً على الدوام من جيل لآخر . فمثلاً كل طفرات الكروموسوم الرابع في ذبابة  الفاكهة من نوع D. melanogaster تنعزل قليلاً أو لا تنعزل كل واحدة عن الأخرى أثناء الانتقال . فعند تضريب ذبابة تحمل الجينات التي تنتج أجنحة منحنية وشعيرات محلوقة الواقعة على الكروموسوم الرابع ونرمز لها بـ b s/ b s مع ذبابة طبيعية , سينتج F₁ ذو مظهر طبيعي ومتباين الزيجة للجينات الطافرة . وعندما ضرب هذا الـ F₁ مع سلالة منحنية ومحلوقة بحالة متماثلة الزيجة كانت الذرية ذات نمط ظاهري إما منحنية ومحلوقة أو طبيعية لكلا الصفتين وعملياً لو تظهر ذبابات  ذات أجنحة منحنية وشعيرات طبيعية أو ذات أجنحة طبيعية وشعيرات محلوقة . أن عدم وجود أي درجة من الانعزال الحر بين هذين الزوجين من الجينات يكون دليلاً على الارتباط الشديد بينهما . ويوجد هذا الارتباط عندما يكون جين المنحنية وجين المحلوقة مشتركان معاً على نفس الكروموسومات , وكذلك عندما يكون كل منهما مشتركاً مع أحد الجينين الطبيعيين على نفس الكروموسوم , كما في المثال التالي : يمكن إجراء تضريب خلفي لـ F₁ (الناتج من تضريب ذبابات متماثلة الزيجة ذات أجنحة منحنية وشعيرات طبيعية بذبابات ذات أجنحة طبيعية وشعيرات محلوقة) مع ذبابات من السلالة المنحنية والمحلوقة . وتكون ذرية هذا التضريب الخلفي ذات نمط ظاهري مشابه إلى الأبوين الأصليين : أي ذات أجنحة منحنية وشعيرات طبيعية وأخرى ذات أجنحة طبيعية وشعيرات محلوقة.

كذلك لوحظ الارتباط التام الناتج من عدم وجود العبور لكل أزواج الجينات في كل من زمر الارتباط الأخرى عندما تستعمل ذكور تستعمل ذكور ذبابة الفاكهة كأب بحالة متباينة الزيجة , فمثلاً يقع جين العيون الأرجوانية وجين الأجنحة الأثرية في زمرة الارتباط الثانية وهما متنحيان إلى جين العيون الحمراء وجين الأجنحة الطويلة الطبيعيتين . فمن تضريب ذبابة متماثلة الزيجة للأرجوانية والأثرية على ذبابة طبيعية (العيون الحمراء والأجنحة الطويلة) , ينتج كل ذرية F₁ متباينة الزيجة وطبيعية . ومن التضريب الخلفي لذكر F₁ على أنثى متماثلة الزيجة للأرجوانية والأثرية , ينتج نمطان ظاهريان فقط : أرجوانية وأثرية (متماثلة الزيجة) وطبيعية للصفتين (متباينة الزيجة) .

ويظهر الارتباط التام كخاصية في ذكور ذبابة الفاكهة وفي الجنس المتباين المشيج Heterogametic sex لأنواع قليلة أخرى (كإناث دودة الحرير) .

الارتباط غير التام                                               Incomplete Linkage

أتضح لدينا بأن الارتباط التام بين الجينات على نفس الكروموسوم نادر في معظم الأنواع التي تتكاثر جنسياً . وكقاعدة يكون الارتباط غير تام , ويكون الانعزال الحر جزئياً بين أزواج الجينات في أكثر زمر الارتباط , وكان موركان أول من لاحظ ذلك بوضوح في التضريبات بين السلالة ذات العيون البيضاء والأجنحة المصغرة والسلالة الطبيعية في ذبابة الفاكهة . إن هذه الصفات مرتبطة بالجنس . وعندما أزواج موركان ذكر ذو عيون بيضاء وأجنحة مصغرة على أنثى طبيعية وذات النمط البري كانت ذكور وإناث F₁ من النمط البري . فإذا كان الانعزال بين جين البيضاء وجين المصغرة على كروموسوم X انعزالاً حراً , فيجب أن تظهر ذكور F₂ بأربعة أنماط ظاهرية : نمط بري w⁺ m⁺  , بيضاء ومصغرة w m , بيضاء w  m⁺ , مصغرة w⁺ m وبتردد متساوي . أما إذا كان الارتباط بين جين البيضاء وجين المصغرة ارتباط تاماً , فيجب أن تظهر الأنماط الأبوية الأصلية فقط بين ذكور F₂ . وبالحقيقة لاحظ موركان بأن نتائج F₂ تقع بين الارتباط التام والانعزال الحر لهذين الزوجين من الجينات حيث نتج 1190م ذكر في F₂ , كان منها 37,6٪ بيضاء أو مصغرة والتي تمثل الأنماط الأبوية .

أفترض موركان بأن الجينات توجد بترتيب خطي على طول الكروموسوم ، وعليه يكون الارتباط علاقة فيزياوية بين الجينات التي يمكن تحويرها بواسطة التعابر الفيزيائي بين أزواج الجينات على الكروموسومات المتماثلة ، ونظرية التعابر هذه تتفق جيداً مع النظرية التي قدمت من قبل جانسن Janssen في عام 1909م والتي تنص على إن التصالبات Chiasmata الملحوظة خلوياً تمثل نقاط تعابر بين الكروموسومات المتماثلة .

الأساس الخلوي للتعابر   Cytological Basis Of Crossing Over           

قدم الدليل الوراثي للارتباط والتعابر قبل توضيح الأساس الخلوي لهما . حيث أفترض بأن الجينات المرتبطة تترتب ترتيباً خطياً على كروموسوماتها الخاصة وأعتبر التعابر الوراثي نتيجة لتبادل أجزاء بين الكروموسومات المتماثلة . وفي البداية لم يمكن برهان هذه النظرية خلوياً لأن الكروموسومات المتماثلة تظهر عند فحصها مجهرياً بأنها متشابهة تماماً , وكان مستحيلاً ملاحظة تبدل محلات أجزاء الكروموسومات لحين دمج علامات مرئية بالمجهر على الكروموسومات . وأنجز ستيرن Stern عام 1931م البرهان الخلوي للتعابر بتجاربه الكلاسيكية على ذبابة الفاكهة , وكذلك أنجز  كريكتون Creighton وماك كلينتوك Mc Clintock عام 1931م نفس الشيء بتجاربهما على الذرة الصفراء .

حصل ستيرن على ذبابات ذات كروموسومات X التي يمكن تمييزها بالمجهر حيث أن جزءاً من كروموسوم Y قد أنكسر ثم التحق بأحد كروموسومي X في السلالة الأولى . وكسر جزء من كروموسوم X بمعاملته بالأشعة السينية ثم ألحق بالكروموسوم الرابع الصغير في السلالة الثانية . ومن تضريب هاتين السلالتين ينتج ذبابات الجيل الأول التي يمكن تمييز كل من كروموسومي X للإناث بالفحص المجهري , وبذا أصبح من الممكن برهان حدوث التعابر خلوياً . حيث أخذ ستيرن إناثاً متباينة الزيجة إلى الجين c الذي ينتج العيون القرنفلية Carnation والجين B الذي ينتج العيون القضيبية Bar , يرتبط هذان الجينان بكروموسوم X . ضُربت هذه الإناث ذات العيون الحمراء اللون والقضيبية الشكل على الذكور ذات العيون القرنفلية اللون والطبيعية الشكل . درست الأنماط الظاهرية للذبابات الناتجة من هذا التضريب وعزلت الذبابات الحاوية على تراكيب جديدة الناتجة من التعابر , وعند فحص خلايا هذه الذبابات بالمجهر أظهرت تبدل في كروموسومي X ناتج من تبادل بين الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الميوزي وبذا قدم الأساس الفيزياوي أو الخلوي للتعابر .

أستعمل كريكتون وماك كلينتوك عقدة على نهاية كروموسوم معين وشدود مرئي على الكروموسوم المثيل له كعلامات خلوية في الذرة الصفراء . وعلى العموم كانت نتائجهم مشابهة لنتائج ستيرن .

التداخل والتوافق                                Interference and Coincidence

لو كان توزيع التعابر في أي قسم من كروموسوم معين توزيعاً عشوائياً تاماً لأعطى احتمال حدوث تعابر بين مفردين بنفس الوقت في منطقتين متقاربتين حسب قانون الاحتمال بمقدار يساوي إلى ضرب احتمال حدوث التعابر المفرد في كل منطقة بصورة منفصلة . وأظهر مولر Muller عام 1916م بأن التعابر المزدوج الفعلي يكون أقل تردداً من المتوقع على أساس التوزيع العشوائي . وقدم مولر صيغة رياضية للتعبير عن هذه الظاهرة في ذبابة الفاكهة والذرة الصفراء . وتكون هذه الصيغة مساوية إلى النسبة بين تردد التعابر المزدوج المشاهد وتردد التعابر المتوقع أو تساوي إلى:

	التعابر المزدوج الفعلي

 

التعابر المزدوج المتوقع

──────────

0,0102

0,0016

وسُمي هذا القياس الرياضي للتداخل بمعامل التوافق Coefficient of Coincidence وفي حالة التداخل التام لا يحدث أي تعابر مزدوج ويكون معامل التوافق مساوياً إلى الصفر . بينما في حالة غياب التداخل , يكون معامل التوافق مساوياً إلى الواحد . ويمكن استعمال معلومات تضريب الثلاثة نقاط في المثال المذكور أعلاه لحساب معامل التوافق الذي ──── أي نتج 16٪ من التعابر المزدوج المتوقع والذي يشير إلى التداخل الجزئي بقيمة 84٪ . ويتوقع تداخل أقل في حالة كون الجينات متباعدة أكثر .

ويوجد حالة مختلفة في فطر الرشاسية Aspirgillus وعاثية البكتريا T4 ويظهر أن حدوث تعابر في منطقة ما يزيد احتمال حدوث تعابر آخر في المنطقة المجاورة , وعليه يكون معامل التوافق أكثر من واحد . وأطلق على هذه الظاهرة بالتداخل السلبي Negative interference .

خريطة الكروموسوم                                              Chromosome Map

توفر عادة تضريبات الثلاثة نقاط معلومات لأعداد الخريطة الوراثية . وتمثل هذه الخرائط تخطيطاً للمواقع النسبية وللمسافات إلى الجينات في كل زمرة ارتباط . وعندما تراعى المسافات القصيرة (أقل من 10 وحدات) , يمكن استعمال إضافة خطية بسيطة عند التنقل من محل جين إلى محل جين آخر مجاور . وأعدت معظم المعلومات الضرورية لخريطة الكروموسوم الوراثية في العشرينيات من القرن الحالي من قبل علماء وراثة ذبابة الفاكهة وبالأخص من قبل موركان Morgan وبريجز Bridges وستورتيفانت Sturtevant . ومدرج في بعض الأماكن المعروفة جيداً للجينات ومواقعهم النسبية موزعين على زمر (مجاميع) الارتباط الأربعة المناظرة للأزواج الأربعة من الكروموسومات في ذبابة الفاكهة من نوع D. melanogaster من الواضح إن الزمر I , II , III تكون كبيرة وتحوي جينات كثيرة , أما الزمرة IV فإنها صغيرة جداً وتحوي جينات قليلة . وفي ذبابة الفاكهة أمكن إعداد الخرائط الخلوية للكروموسومات باستعمال معلومات من دراسات التي تربط بين التبدلات في النمط الظاهري بالتبدلات على الكروموسومات المتعددة الخيوط Polytene العملاقة .

وبالإضافة إلى الخرائط الوراثية لذبابة الفاكهة يوجد خرائط وراثية جيدة لكثير من النباتات كالذرة الصفراء والطماطا والشعير والحنطة والرز والذرة البيضاء والبزاليا . وبالمقارنة نجد إن التقدم البطيء في إعداد الخرائط الوراثية في اللبائن . وأعدت الخرائط الوراثية لتسعة عشر زوج من الكروموسومات للفأر المنزلي Mus musculus الحاوي على عشرين زوجاً من الكروموسومات بينما يكون إعداد الخرائط الكروموسومية للإنسان متعباً وغير منجز لكثير من الكروموسومات ولكن التقنيات الخلوية والإحصائية الجديدة أدت إلى تقدم كبير في هذا المجال .

العوامل التي تؤثر على ترددات التعابر

 Factors That Affect Crossover Frequencies

إن نسبة التعابر لا تكون ثابتة دائماً بين مكانين خاصين وقد تتغير بظروف التجارب المختلفة . يعتبر الجنس أحد العوامل التي تؤثر على كمية التعابر إلى درجة كبيرة أو قليلة . ومثال متطرف لهذا العامل هو ذكور ذبابة الفاكهة التي يكبت فيها التعابر تماماً . وعلى العموم يكون تردد التعابر في الجنس المتباين الأمشاج أوطأ مما عليه في الجنس المتماثل الأمشاج . وبالإضافة إلى الجنس . فيما يلي العوامل المهمة التي تؤثر على تردد التعابر في ذبابة الفاكهة :

1.     تأثير عمر الأم : يميل تردد التعابر إلى النقصان كلما زاد عمر الأم .

2.     تأثير درجة الحرارة : يزداد التعابر في درجات الحرارة أقل أو أكثر من درجة حرارة 22˚م .

3.  تأثير سايتوبلازمي : يمكن انتخاب إناث ذات تعابر واطئ والتي تنقل هذه الصفة خلال بناتها مما يدل على وجود جينات سايتوبلازمية ذات تأثير على تردد التعابر .

4.  تأثيرات الغذاء والمواد الكيمياوية والإشعاع : يؤثر تركيز الايونات المعدنية كالكالسيوم والمغنسيوم ضمن غذاء الإناث على تردد التعابر . فالتركيز العالي من الكالسيوم يقلل تردد التعابر بين جينات كروموسوم X . بينما إزالة الايونات المعدنية من غذاء الإناث يزيد التعابر . ويزداد التعابر بين جينات معينة في اليرقات المعرضة للجوع. ويزداد التعابر في الذبابات المحقونة بالمضادات الحيوية مثل المايتومايسين C والأكتينومايسين D أو المعرضة للأشعة السينية .

5.  تأثيرات النمط الوراثي : يختلف تردد التعابر بين جينين معينين باختلاف سلالات ذبابة الفاكهة لنفس النوع المختلفة بالنمط الوراثي .

6.     تأثير السنترومير : ينقص التعابر بين الجينات المنقولة إلى جوار السنترومير .